Co基Heusler铁磁薄膜/窄禁带半导体异质结自旋泵浦效应的超快磁光光谱研究
批准号:
12074370
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
张新惠
依托单位:
学科分类:
磁学及自旋电子学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张新惠
中文摘要
基于对低功耗、高速度、高密度集成磁电子器件的迫切需求,利用纯自旋流实现磁矩操控与翻转是当前自旋电子学的研究焦点,而铁磁薄膜与强自旋−轨道耦合材料异质结的高效自旋−电荷互转换和相关物理是其核心研究内容。作为实现向半导体中自旋注入的核心材料,铁磁薄膜/半导体异质结中自旋泵浦效应的研究报道还很少。基于自旋泵浦效应的自旋注入不受铁磁体与半导体阻抗失配问题的困扰,可为实现向半导体的高效自旋注入提供更为有效的物理实现方案。本项目拟在优化Co基Heusler铁磁薄膜与窄禁带半导体异质结及其界面设计基础上,利用时间分辨磁光克尔技术对其自旋泵浦效应开展系统研究,确定Heusler薄膜与不同窄禁带半导体异质结界面的自旋混合电导、自旋透明度等界面自旋输运参数并厘清不同物理机制对其界面自旋输运的影响。本项目对提高Heusler铁磁薄膜磁电耦合器件性能、实现向半导体中的高效自旋注入具有重要基础物理研究意义。
英文摘要
Aiming for developing the low-power, high-speed, high-integration magnetoelectronic devices, magnetization manipulation and magnetic switching based on the spin current has become the core topics in the research community of spintronics, where the high-efficient conversion between the charge and spin current and the associated physics, based on the heterostructures composed of ferromagnetic films and materials with strong spin-orbit coupling, is the key issue to be focused onto. As the core material in the spin injection into semiconductors, the ferromagnetic film/semiconductor heterostructures have gained little attention on its spin pumping effect. While the spin injection based on spin pumping can overcome the problem of large impedance mismatch between ferromagnets and semiconductors, therefore provides extremely effective physical scheme for high-efficient spin injection into semiconductors. This project will focus on the systematic spin pumping effect investigation by utilizing the time-resolved magneto-optical Kerr effect technique, with optimal design of the Co-based Heusler ferromagnetic film/narrow-gap semiconductor heterostructures and the respective interfaces. The key interfacial spin transport parameters such as the spin-mixing conductance, spin transparency so on will be determined, and the associated essential physical mechanisms that contribute or influence the interfacial spin transport property will be explored and understood. This project is both fundamentally and technically important in terms of realizing the high-efficient spin injection into semiconductors, and improving the Heusler alloy-based magnetoelectronic devices.
利用可变温、泵浦与探测波长可调的可见到近红外时间分辨磁光克尔旋转与瞬态反射谱技术,开展了Co基Heusler铁磁薄膜与不同半导体异质结在飞秒超短激光脉冲作用下的磁化动力学与调控研究,完成了Co2FeAl/GaAs异质结以及Co2MnSi/InAs异质结中的自旋泵浦效应对Heusler铁磁薄膜磁化动力学的影响和相关物理机制研究。特别探究了上述异质结中Heusler铁磁薄膜中的自旋激发向纵向声学声子的相干能量转移、半导体带边共振光激发下增强的自旋泵浦效应所导致的非局域自旋角动量转移、以及由此导致的Co2FeAl薄膜更快和更强的超快退磁响应和磁阻尼的显著增大,并首次估算得到Co2MnSi/InAs异质结的有效自旋混合电导约为1.992×10^19/m^2。本项目的研究结果演示了Co基Heusler铁磁薄膜与不同半导体异质结的自旋泵浦效应与磁化动力学在飞秒超短激光脉冲激发下的全光调控方案,为基于铁磁体/半导体异质结的高效自旋注入和自旋电子器件设计提供了基础物理参考。
三维狄拉克半金属Cd3As2的超快与磁光光谱研究
-
批准号:11774337
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:64.0万元
-
批准年份:2017
-
负责人:张新惠
-
依托单位:
二维层状纳米材料的谷极化与谷电子/自旋弛豫动力学研究
-
批准号:11474276
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:98.0万元
-
批准年份:2014
-
负责人:张新惠
-
依托单位:
半导体二维电子体系自旋退相干与自旋输运实验研究:自旋-轨道耦合效应
-
批准号:11274302
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:93.0万元
-
批准年份:2012
-
负责人:张新惠
-
依托单位:
III-V族半导体自旋电子器件相关材料的磁化与自旋弛豫超快动力学研究
-
批准号:10974195
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:43.0万元
-
批准年份:2009
-
负责人:张新惠
-
依托单位:
III-V族半导体量子点的非线性与超快光谱研究
-
批准号:10674131
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:30.0万元
-
批准年份:2006
-
负责人:张新惠
-
依托单位:
国内基金
海外基金